DE202012012618U1

DE202012012618U1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Generatorantriebs einer Windkraftanlage und Scheibenbremse

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Publication number: DE202012012618U1
Application number: DE202012012618U
Authority: DE
Original assignee: Stromag Wep GmbH
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2022-05-09

Abstract

Vorrichtung zur Steuerung eines Generatorantriebs einer Windkraftanlage mit einer dem Generatorantrieb zugeordneten Bremsscheibe sowie mit wenigstens einer Scheibenbremse zur Bremsbeaufschlagung der Bremsscheibe, wobei die Scheibenbremse wenigstens einen Bremskolben umfasst, der einen Reibbelag trägt, und wobei dem wenigstens einen Reibbelag wenigstens ein Temperatursensor zur Temperaturüberwachung des Reibbelages zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16) auf einer zu der Bremsscheibe (9) abgewandten Seite zumindest teilweise in den Reibbelag (14a) hineinragt, und dass der Temperatursensor (16) an eine Steuereinheit (S) für den Generatorantrieb derart angeschlossen ist, dass eine Berührung des Temperatursensors (16) mit der Bremsscheibe (9) aufgrund eines fortschreitenden Verschleißes des Reibbelages (14a) ein Fehlersignal an die Steuereinheit (S) übermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Generatorantriebs einer Windkraftanlage mit einer dem Generatorantrieb zugeordneten Bremsscheibe sowie mit wenigstens einer Scheibenbremse zur Bremsbeaufschlagung der Bremsscheibe, wobei die Scheibenbremse wenigstens einen Bremskolben umfasst, der einen Reibbelag trägt, und wobei dem wenigstens einen Reibbelag wenigstens ein Temperatursensor zur Temperaturüberwachung des Reibbelages zugeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Scheibenbremse für einen Windrotor einer Windkraftanlage mit wenigstens einem beweglichen Bremskolben, der einen Reibbelag trägt, sowie mit wenigstens einem Temperatursensor, der dem Reibbelag zur Überwachung einer Reibbelagstemperatur zugeordnet ist.
Windkraftanlagen zur Stromerzeugung sind allgemein bekannt. Eine derartige Windkraftanlage weist einen mit wenigstens zwei Flügeln versehenen Windrotor auf, der über einen Antriebsstrang einen elektrischen Generator beaufschlagt. Einer Generatorwelle, die mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist, ist eine Bremsscheibe zugeordnet, die mittels wenigstens einer Scheibenbremse beaufschlagbar ist, um die Generatorwelle bzw. den Antriebsstrang abzubremsen. Die Scheibenbremse ist exzentrisch zur Drehachse der Bremsscheibe angeordnet und umgreift einen Teilbereich der Bremsscheibe zangenartig. Die Scheibenbremse ist mit zwei die Bremsscheibe von gegenüberliegenden Stirnseiten her beaufschlagenden Bremskolben versehen. Jeder Bremskolben weist einen metallischen Reibbelagträger sowie einen auf dem Reibbelagträger fixierten Reibbelag auf. In wenigstens einem Reibbelagträger ist ein Temperatursensor integriert, der im Betrieb der Scheibenbremse eine Temperatur des Reibbelages überwacht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und eine Scheibenbremse der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln neben einer Temperaturüberwachung auch eine Verschleißüberwachung der Reibbeläge ermöglichen.
Für die Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der Temperatursensor auf einer zu der Bremsscheibe abgewandten Seite zumindest teilweise in den Reibbelag hineinragt, und dass der Temperatursensor an eine Steuereinheit für den Generatorantrieb derart angeschlossen ist, dass eine Berührung des Temperatursensors mit der Bremsscheibe aufgrund eines fortschreitenden Verschleißes des Reibbelages ein Fehlersignal an die Steuereinheit übermittelt. Erfindungsgemäß erfüllt der Temperatursensor somit eine Doppelfunktion, indem er zum einen die Reibbelagstemperatur überwacht und zum anderen eine Fehlermeldung bei einem kritischen Verschleißzustand des Reibbelages ermöglicht. Sobald der Reibbelag durch Verschleiß so weit abgetragen ist, dass der Temperatursensor freiliegt und mit einer entsprechenden Stirnfläche der Bremsscheibe in Berührung gelangt, wird der Temperatursensor durch den Kontakt mit der Bremsscheibe beschädigt oder zerstört, was zwangsläufig ein entsprechendes Fehlersignal in der Steuereinheit für den Generatorantrieb bewirkt. In der Steuereinheit können entsprechende Steuerbefehle für den Fall des Auftretens dieses Fehlersignals abgelegt sein, die insbesondere den Generatorantrieb stillsetzen, in einen Freilauf schalten oder in ähnlicher Art und Weise eine Abkopplung der Bremsscheibe vom Antriebsstrang des Generatorantriebs ermöglichen. Aufgrund der Fehlermeldung kann nach einem Stillsetzen des Generatorantriebs in einfacher Weise der Temperatursensor ausgetauscht werden, ohne dass Beschädigungen der Bremsscheibe, der Reibbelagträger oder der Bremskolben auftreten. Als Temperatursensor ist vorzugsweise ein PT100-Sensor vorgesehen, der ein Widerstandsthermometer darstellt. Unter dem Generatorantrieb ist der Antriebsstrang zwischen dem Windrotor und dem elektrischen Generator zu verstehen, der die Stromerzeugung aufgrund der durch die Windkraft bewirkten Rotation des Windrotors bewirkt.
In Ausgestaltung der Vorrichtung setzt die Steuereinheit, abhängig vom Erfassen einer Fehlermeldung des Temperatursensors, den Generatorantrieb still. Dabei wird ein entsprechendes Fehlersignal des Temperatursensors innerhalb der Steuereinheit ausgewertet und ein entsprechender Steuerbefehl für ein Abschalten des Generatorantriebs ausgegeben. Dies kann insbesondere durch Stillsetzen des Windrotors oder durch aus dem Wind Drehen von Rotorblättern des Rotors erfolgen.
Für die Scheibenbremse wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Reibbelag eine von einer Reibfläche abgewandte Aussparung aufweist, in die der Temperatursensor über eine Teillänge hineinragt, die geringer ist als eine Dicke des Reibbelages. Bei der erfindungsgemäßen Scheibenbremse erfüllt der Temperatursensor durch das teilweise Hineinragen in die Aussparung des Reibbelages eine Doppelfunktion, indem er neben der Überwachung der Reibbelagstemperatur auch eine Verschleißüberwachung für den Reibbelag ermöglicht. Sobald die ursprüngliche Dicke des Reibbelages aufgrund von Verschleiß im Betrieb der Scheibenbremse auf eine bestimmte geringere Dicke abgetragen ist, ist die vorzugsweise als Sackloch gestaltete Aussparung innerhalb des Reibbelages zur Stirnfläche der Bremsscheibe hin offen, wodurch der Temperatursensor direkt mit der Bremsscheibe in Berührung gelangen kann. Die Aussparung kann auch dadurch erzielt werden, dass der Temperatursensor bei der Herstellung des Reibbelages mit eingeformt wird und mit seinem rückseitigen Anschlussende aus dem Reibbelag herausragt. Bei einem direkten Kontakt des Temperatursensors im Betrieb des Generatorantriebs mit der Bremsscheibe wird der Temperatursensor beschädigt, wodurch an eine entsprechende Steuereinheit ein Fehlersignal übermittelt wird, durch das ein Stillsetzen der Bremsscheibe ermöglicht wird. Das Steuersignal kann eine optische oder akustische Fehlermeldung hervorrufen oder direkt entsprechende Steuerbefehle zum Stillsetzen der Bremsscheibe bewirken.
In Ausgestaltung der Erfindung steht der Temperatursensor drahtgebunden oder drahtlos mit einer Steuereinheit in Wirkverbindung, die einen Antriebsstrang ansteuert, dem eine durch die Scheibenbremse beaufschlagbare Bremsscheibe zugeordnet ist. Der Temperatursensor kann demzufolge sowohl Sensorsignale zur Überwachung der Reibbelagstemperatur als auch Fehlersignale bei einer Beschädigung des Temperatursensors an die Steuereinheit übermitteln.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein weiterer Temperatursensor vorgesehen, der in einem größeren Abstand zu dem Reibbelag angeordnet ist als der erste Temperatursensor. Dieser eine weitere Temperatursensor dient ausschließlich zur Überwachung der Reibbelagstemperatur. Er bleibt somit auch in Funktion, wenn eine kritische Reibbelagsstärke erreicht und durch Beschädigung des anderen Temperatursensors bereits ein Fehlersignal ausgegeben ist, dass die kritische Verschleißdicke des Reibbelages erreicht ist. Dies ist vorteilhaft, falls durch Beschädigung des auch zur Verschleißüberwachung dienenden Temperatursensors lediglich ein Signal ausgegeben wird, dass die Reibbeläge der Scheibenbremse demnächst ausgetauscht werden müssen, ohne dass der Antriebsstrang stillgesetzt wird. Damit bleiben der Antriebsstrang und die Scheibenbremse weiterhin in Betrieb, wodurch die laufende Temperaturüberwachung des Reibbelages weiterhin Sinn macht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt einer Windkraftanlage mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Generatorantriebs der Windkraftanlage,
2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt II der Windkraftanlage nach 1, der eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Scheibenbremse darstellt,
3 in vergrößerter schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch die Scheibenbremse nach 2,
4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt IV der Scheibenbremse nach 3,
5 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt V der Scheibenbremse nach 3,
6 die Scheibenbremse nach 3 in einem Betriebszustand, bei dem die Reibbeläge weitgehend verschlissen sind,
7 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt VII der Scheibenbremse nach 6 und
8 einen Ausschnitt VIII der Scheibenbremse nach 6, ebenfalls in vergrößerter Darstellung.
Eine Windkraftanlage nach 1 weist einen auf einem Untergrund aufstehenden und vertikal nach oben ragenden Turm 1 auf, der eine um eine vertikale Drehachse des Turmes 1 horizontal drehbare Gondel 2 umfasst. Die Gondel 2 trägt einen mit wenigstens zwei Rotorflügeln versehenen Windrotor 3, der mit horizontaler Drehachse an einer Stirnseite der Gondel 2 drehbar gelagert ist. Der Windrotor 3 ist über einen Antriebsstrang 4 mit einem elektrischen Generator 5 verbunden. Der Windrotor 3 wird durch Windkraft angetrieben und überträgt die entsprechend indizierte Drehbewegung über den Antriebsstrang 4 auf eine Generatorwelle des Generators 5. Der Antriebsstrang 4 umfasst ein Getriebe, das die langsamen Drehbewegungen des Windrotors 3 in schnelle Drehbewegungen der Generatorwelle übersetzt. Der zum Getriebe hin abragenden Generatorwelle des Generators 5 ist eine Scheibenbremse 6 zugeordnet. Hierzu ist auf der Generatorwelle 8 drehfest eine Bremsscheibe 9 angeordnet. Die Bremsanordnung 6 umfasst neben der Bremsscheibe 9 eine Scheibenbremse 10, die exzentrisch zur Drehachse der Generatorwelle 8 unterhalb der Bremsscheibe 9 angeordnet ist und die Bremsscheibe 9 an ihren gegenüberliegenden Stirnflächen zangenartig umgreift (siehe 1 und 2).
Die Scheibenbremse 10 weist ein Bremsengehäuse 11a, 11b auf, das durch zwei einander gegenüberliegende Gehäusehälften 11a und 11b gebildet ist. In beiden Gehäusehälften 11a, 11b ist jeweils ein Bremskolben 12a, 12b hubbeweglich gelagert, der im Bereich seiner der Bremsscheibe 9 zugewandten Stirnseite jeweils einen Reibbelagträger 13a, 13b trägt. Jeder Reibbelagträger 13a, 13b ist auf seiner der Bremsscheibe 9 zugewandten Stirnfläche mit einem Reibbelag 14a, 14b versehen. Der Reibbelag 14a, 14b liegt flächig auf der der Bremsscheibe 9 zugewandten Stirnfläche des Reibbelagträgers 13a, 13b auf.
Jeder Reibbelagträger 13a, 13b ist mit einer Aufnahmebohrung für jeweils einen Temperatursensor 16 versehen, wobei die Aufnahmebohrung in Hubrichtung jedes Bremskolbens 12a, 12b ausgerichtet ist und den jeweiligen Reibbelagträger 13a, 13b vollständig durchdringt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Aufnahmebohrung als Gewindebohrung gestaltet und der jeweilige Temperatursensor 16 ist mit einem korrespondierenden Außengewinde versehen, um in den Reibbelagträger 13a, 13b eingeschraubt werden zu können. Jeder Temperatursensor 16 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als PT100-Sensor ausgeführt, der eine Temperaturmessung über elektrische Widerstandsänderungen vornimmt. Jeder Temperatursensor 16 ist mit einer elektrischen Leitung 17 versehen, die durch einen entsprechenden Kanal in der jeweiligen Gehäusehälfte 11a, 11b des Bremsengehäuses hindurch verlegt ist. Über die elektrische Leitung 17 ist jeder Temperatursensor 16 mit einer elektrischen und/oder elektronischen Steuereinheit S verbunden, die zur Steuerung des Generators 5 und seines Antriebsstranges vorgesehen ist.
Wie anhand der 3 bis 8 erkennbar ist, ist fluchtend zur jeweiligen Aufnahmebohrung jedes Reibbelagträgers 13a, 13b im Reibbelag selbst jeweils eine Aussparung 15a, 15b in Form eines Sackloches vorgesehen, die von einer dem Reibbelagträger 13a, 13b zugewandten Stirnfläche des jeweiligen Reibbelages 14a, 14b in diesen eingebracht ist. Die Aussparung 15a, 15b erstreckt sich etwa über die Hälfte einer Dicke des jeweiligen Reibbelages 14a, 14b im neuen Betriebszustand (3 bis 5). Anhand der 3, 4 und 6, 7 ist erkennbar, dass der in den Zeichnungen der 3, 4, 6, 7 obere Temperatursensor 16 so weit durch den Reibbelagträger 13a, hindurchgeschraubt ist, dass ein vorderer Abschnitt des Temperatursensors 16 in die Aussparung 15a des Reibbelages 14a hineinragt. Der gegenüberliegende Temperatursensor 16 des unteren Reibbelagträgers 13b hingegen ist lediglich so weit in den unteren Reibbelagträger 13b eingeschraubt, dass eine dem Reibbelag 14b zugewandte Stirnfläche des Temperatursensors 16 in geringem Abstand zu der Kontaktfläche zwischen Reibbelagträger 13b und Reibbelag 14b verbleibt.
Im Betrieb der Bremsscheibe 9 und der Scheibenbremse 10 übernehmen beide Temperatursensoren 16 zunächst die Überwachung der Temperaturen der Reibbeläge 14a und 14b. Sobald durch den Betrieb der Bremsanordnung 6 die Reibbeläge 14a und 14b so weit abgetragen und verschlissen sind, dass der dem Reibbelag 14a zugeordnete Temperatursensor 16 zur Bremsscheibe 9 hin innerhalb der Aussparung 15a freiliegt, kommt die der Bremsscheibe 9 zugewandte Stirnfläche des Temperatursensors 16 direkt auf der zugewandten Stirnfläche der Bremsscheibe 9 zur Anlage. Eine entsprechende Rotation der Bremsscheibe 9 führt daher zwangsläufig zu einem Verschleiß dieser Stirnfläche des Temperatursensors 16 und demzufolge zu einer Beschädigung des Temperatursensors 16. Die Beschädigung des Temperatursensors 16 führt zu einem Fehlersignal in der Steuereinheit S, mit der der Temperatursensor 16 über die Leitung 17 verbunden ist. Da der Temperatursensor 16 zuvor bewusst zu einem definiertem Teil seiner Länge durch den Reibbelagträger 13a hindurch und in die Aussparung 15a des Reibbelages 14a hineingeschraubt worden war, lässt die Fehlermeldung durch Beschädigung des Temperatursensors 16 für die Steuereinheit S oder für eine Bedienperson den Rückschluss zu, dass eine kritische Verschleißgrenze für den Reibbelag 14a erzielt ist. Dadurch wird signalisiert, dass die Reibbeläge ausgetauscht werden müssen. Der andere Temperatursensor 16, der dem gegenüberliegenden Reibbelag 14b zugeordnet ist, erfüllt weiterhin seine Überwachungsfunktion für die Temperatur des Reibbelages 14b.
Statt einer einfachen Fehlermeldung können in der Steuereinheit S auch entsprechende Auswertungen des Fehlersignals des beschädigten Temperatursensors 16 dahingehend vorgenommen werden, dass der Steuerbefehl zum Generatorantrieb und damit zum Antriebsstrang hin ausgegeben wird, der die Generatorwelle 8 stillsetzt, um einen Austausch der Reibbeläge 14a, 14b der Scheibenbremse 10 zu ermöglichen.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines Generatorantriebs einer Windkraftanlage mit einer dem Generatorantrieb zugeordneten Bremsscheibe sowie mit wenigstens einer Scheibenbremse zur Bremsbeaufschlagung der Bremsscheibe, wobei die Scheibenbremse wenigstens einen Bremskolben umfasst, der einen Reibbelag trägt, und wobei dem wenigstens einen Reibbelag wenigstens ein Temperatursensor zur Temperaturüberwachung des Reibbelages zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16) auf einer zu der Bremsscheibe (9) abgewandten Seite zumindest teilweise in den Reibbelag (14a) hineinragt, und dass der Temperatursensor (16) an eine Steuereinheit (S) für den Generatorantrieb derart angeschlossen ist, dass eine Berührung des Temperatursensors (16) mit der Bremsscheibe (9) aufgrund eines fortschreitenden Verschleißes des Reibbelages (14a) ein Fehlersignal an die Steuereinheit (S) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (S), abhängig vom Erfassen einer Fehlermeldung des Temperatursensors (16), den Generatorantrieb stillsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Temperatursensor vorgesehen ist, der auch nach der Erzeugung eines Fehlersignals durch den ersten Temperatursensor weiterhin eine Temperaturüberwachung des Reibbelages (14b) vornimmt.
Scheibenbremse für einen Windrotor einer Windkraftanlage mit wenigstens einem beweglichen Bremskolben, der einen Reibbelag trägt, sowie mit wenigstens einem Temperatursensor, der dem Reibbelag zur Überwachung einer Reibbelagstemperatur zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (14a) eine von einer Reibfläche abgewandte Aussparung (15a) aufweist, in die der Temperatursensor (16) über eine Teillänge hineinragt, die geringer ist als eine Dicke des Reibbelages (14a) im betriebsneuen Zustand.
Scheibenbremse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (16) drahtgebunden oder drahtlos mit einer Steuereinheit (S) in Wirkverbindung steht, die einen Antriebsstrang (4) ansteuert, dem eine durch die Scheibenbremse (10) beaufschlagbare Bremsscheibe (9) zugeordnet ist.
Scheibenbremse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Temperatursensor (16) vorgesehen ist, der in einem größeren Abstand zu dem Reibbelag (14a, 14b) angeordnet ist als der erste Temperatursensor (16).